Форма 515. НАУЧНЫЙ ОТЧЕТ ПО ГРАНТАМ ПРЕЗИДЕНТА РФ И ВЕДУЩИХ НАУЧНЫХ ШКОЛ 15.1. 96.15 - 96.348 15.2. Теория твердотельных микро и наноструктур и оптоэлектронных устройств на их основе 15.3. Установлено, что существует две возможности образования модулированных по составу эпитаксиальных пленок полупроводниковых твердых растворов. Во-первых, путем термодинамического (равновесного) фазового перехода, реализуемого, например, в технологическом процессе с длительным прерыванием роста. Во-вторых, путем кинетического (неравновесного) фазового перехода, происходящего в процессе роста кристаллов в открытых системах. Для равновесной системы решена нелинейная задача и найдены периоды модулированных структур. Показано, что конечное состояние распадающегося твердого раствора является суперпозицией поверхностных мягких мод. В соответствии с этим, амплитуда модуляции состава убывает экспоненциально вглубь образца. Показано, что для многослойных систем островков, разделенных тонкими слоями спейсера, в зависимости от толщины этих слоев возникает либо синфазная, либо противофазная корреляция в вертикальном расположении островков. Для кинетического (неравновесного) фазового перехода показано, что направление волнового вектора, наиболее неустойчивой моды флуктуаций состава не совпадает с направлением наилегчайшего сжатия и может быть произвольным. Произвольной может быть и ориентация возникающих модулированных структур. В связи с созданием зеленых и синих лазеров возник интерес к слоистым структурам из широкозонных материалов, имеющих высокую степень ионности и обладающих условиями, необходимыми для появления поляронного состояния носителей. Нами исследованы теоретически возможности оптического контроля таких структур и показано, что поляронные экситоны обладают целым рядом специфических свойств. В них возможны большие стоксовы сдвиги и интенсивные фононные повторения в экситонных спектрах. Эффективным методом контроля качества поверхности является гиперкомбинационное рассеяние света. Нами показано, что достаточно слабый оптический эффект гиперкомбинационного рассеяния света может быть значительно усилен за счет возрастания электрического поля в неоднородной плазме в приповерхностной области полупроводника. Теоретическое исследование процесса пассивации кремния водородом показало, что в равновесных условиях концентрация дейтерия на Si в 15 раз больше поверхностной концентрации водорода. Эффект возникает за счет различия поверхностных локальных колебаний D и H. Произведен анализ процессов зарождения и роста 3-х мерных кластеров на подложках с различными углами разоринтации, что позволило оценить темп взаимного поглощения кластеров и время, необходимое для выращивания однородного ансамбля квантовых точек. Разработана физическая модель перехода гексагональной структуры нитрида бора в кубическую, который наблюдается при выращивании пленок кубического нитрида бора путем осаждения компонент на подложку кремния. Разработана физическая модель эволюции структуры приповерхностных областей карбида кремния при высокодозной имплантации ионами азота и алюминия с целью создания четверного твердого раствора. Сравнительный анализ экспериментальных данных и компьютерных расчетов с помощью программного комплекса DYTRIRS-MGEAR позволил получить профили ионов и дефектов, а также оцененить энергии активации и миграции компонент. В рамках исследования энергетического спектра и кинетических свойств носителей в низкоразмерных структурах решены следующие задачи: 1) Найдены волновые функций электронов в 3-х мерных сверхрешетках из квантовых точек во внешнем электрическом поле и исследована анизотропная зависимость кинетических характеристик носителей от ориентации постоянного электрического поля. 2) Теоретически исследованы свойства комплекса экситон+электрон в двумерной квантовой яме в экранирующей среде, рассчитаны зависимости энергии образования комплекса и радиусов орбит обоих электронов от коэффициента экранирования. 3) Развита теоретическая модель для расчета энергетического спектра носителей и свойств экситонов в системе с планарными ультратонкими квантовыми точками (КТ). Исследованы основные механизмы оже рекомбинации неравновесных носителей в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами. Показано, что в квантовых ямах существует три принципиально различных механизма оже-рекомбинации: беспороговый механизм, квазипороговый механизм и пороговый. Скорость беспорогового процесса имеет слабую температурную зависимость. Скорость квазипорогового оже процесса экспоненциально зависит от температуры. Однако его пороговая энергия существенно зависит от ширины квантовй ямы и близка к нулю для узких квантовых ям. Показано, что в достаточно узких квантовых ямах доминируют беспороговый и квазипороговый процессы, а в достаточно широких квантовых ямах - квазипороговый и пороговый оже процессы. Выполнен предельный переход к трехмерному оже процессу при ширине квантовой ямы стремящейся к бесконечности. Найдено значение критической толщины квантовой ямы, при которой квазипороговый и пороговый оже процессы сливаются в единый трехмерный оже процесс рекомбинации. Проведено теоретическое исследование температурной зависимости плотности порогового тока полупроводникового инжекционного лазера на квантовых точках. Показано, что эта зависимость обусловлена рекомбинацией носителей в области оптического ограничения и нарушением локальной электронейтральности в точках. Проведен теоретический анализ пороговых характеристик лазеров на многих квантовых ямах на основе InGaN и показано, что эти характеристики имеют зависимости от параметров квантовых ям качественно отличающиеся от таковых для узкозонных материалов. Разработана модель фликкер-шума сопротивления в нормальной фазе YBaCuO пленок, которая позволила обьяснить обнаруженную экспоненциально сильную корреляцию между интенсивностью шума флуктуациями внутренней микродеформации. Сравнение с экспериментом позволило определить параметры двухямного потенциала для атомов кислорода, термоактивационные прыжки которых являются источником шума. Теоретически рассмотрен новый эффект: параметрический резонанс сверхпроводникового полоска микронных размеров, вызванный осциляциями температуры. Предполагается, что осциляции температуры сверхпроводника индуцируются лазерным лучом. Этот эффект может быть использован при создании высоко-чувствительных микроволновых фильтров и оптоэлектрических преобразователей ГГц диапазона. Было рассчитано распределение спектра активационных энергий элементарных дефектов - атомов кислорода в CuO плоскости, используя метод Монте Карло, что позволило установить природу источников фликкер-шума в различных диапазонах температур. Путем компьютерного моделирования исследованы шумовые свойства нелинейной среды с пространственно неоднородным распределением критических токов и показано, что пространственное распределение тока самоорганизуется таким образом, что локальная величина дифференциального сопротивления имеет тенденцию к возрастанию, обуславливая аномально высокий уровень шума в широком интервале пропускаемых токов. Была разработана оригинальная методика регистрации фликкер шума магнито-зависимой компоненты СВЧ мощности резонатора с эпитаксиальной пленкой, которая является эффективной при проведении исследования источников шума существенно ниже Тс. На основе анализа фазовой диаграммы состава YBaCuO и прилегающих составов предложен механизм катионного дефектообразования и использован в задаче реконструкции катионных дефектов, наблюдаемых в изображениях просвечивающей электронной микроскопии. Была разработана модель эволиции дефектов, возникающих при нейтронном облучении пленок YBaCuO, и расчитана их концентрация. Эта модель позволила обьяснить анизотропное уменьшении величин критических токов и оценить концентрацию центров пиннинга для направления магнитного поля вдоль а-b осей. В рамках разработаной нами модели свернутой в сферу квантовой ямы, которая позволяет в простейшем виде квантово-механически моделировать высокочастотный электрический отклик молекулы фуллерена и получить плазменные колебания электронов отдельного кластера, было показано, что самосогласованное решение для двумерного электронной жидкости на поверхности $С_{60}$ пригодно для классического описания этих плазменных мод. В рамках метода диэлектрической проницаемости теоретически исследована высокочастотная (плазменная) область спектров характеристических потерь быстрых электронов и оптических возбуждений в различных кластерных системах. Был определен спектр высокочастотных возбуждений и в высокочастотном приближении вычислены функцию потерь для кристалла фуллерена. 15.4. Нелинейная задача для термодинамического фазового перехода в твердых растворах ранее была решена только для объемных материалов. Рассмотрение эпитаксиальной пленки выполнено впервые. Вопрос о корреляции в многослойных системах островков ранее решался в приближении упруго-изотропной среды, в котором получается только синфазная корреляция в вертикальном расположении островков. Учет кубической упругой анизотропии, позволяющий получать как синфазную, так и противофазную корреляцию, выполнен впервые. При рассмотрении кинетики роста эпитаксиальных пленок твердых растворов ранее учитывался только один источник упругих напряжений - ступени вицинальной поверхности. Учет упругих напряжений, создаваемых флуктуациями состава твердого раствора во всем объеме эпитаксиальной пленки, выполнен впервые. Условия возникновения поляронного экситона ранее исследовались для объемного экситона. Специфика поляронного экситона в наноструктурах до сих пор не рассматривалась. Эффект усиления гиперкомбинационного рассеяния за счет за счет неоднородных свойств приповерхностной области кристалла в литературе ранее не обсуждались. Нам известны только экспериментальные работы по пассивации кремния дейтерием. Теоретические исследования этого вопроса до нас не выполнялись. В задачах, связанных с процессами роста, новизна полученых результатов заключается в следующем: рассмотрение механизмов роста квантовых точек с точки зрения диффузионных процессов, происходящих на поверхности ранее не проводилось. Физические закономерности перехода гексагонального нитрида бора в кубический в режиме осаждения компонент на подложку при его изготовлении в виде пленки установлены впервые. Впервые предложена адекватная теоретическая модель эволюции дефектов в приповерхностных слоях карбида кремния при высокодозной имплантации ионами азота и алюминия. В задачах, связанных с электронными состояниями в низкоразмерных структурах, новизна полученых результатов заключается в следующем: Впервые дан детальный микроскопический анализ механизмов оже рекомбинации в полупроводниковых квантовых ямах. Микроскопический расчет скорости оже рекомбинации в квантовых ямах с напряженными слоями выполнен впервые. Впервые анализируется анизотропная зависимость спектра сверхрешеток из квантовых точек от направления электрического поля, впервые исследовано влияние экранирования на параметры комплекса экситон+электрон в двумерной квантовой яме. В имеющихся теоретических работах по лазерам на квантовых точках отсутствует анализ температурной зависимости плотности порогового тока с учетом рекомбинации носителей в области оптического ограничения и нарушения электронейтральности в точках. Такой анализ проведен нами впервые. В исследованиях по ВТСП, новизна полученых результатов заключается в следующем: теоретически предсказан новый эффект: параметрический резонанс в сверхпроводниковом полоске микронных размеров, вызванный осциляциями температуры. Впервые теоретически рассматриваются свойства шумовые нелинейной неоднородной среды в приложении к ВТСП. Предлагается оригинальная методика регистрации фликкер шума магнито-зависимой компоненты СВЧ мощности резонатора с эпитаксиальной ВТСП пленкой. Впервые предложена эвристическая модель сферически свернутой квантовой ямы, описывающая высокочастотный электрический отклик молекулы фуллерена. 15.5.1. 53 15.5.2. 15 15.6.1. 4 15.6.2. 0 15.6.3. 8 15.6.4. 7 15.7.1. Физические процессы в полупроводниковой технологии. Ипатова И.П., доктор физ.-мат. наук. число постоянных участников - 8. ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, корп. А, комн. 419. 10 занятий. 15.7.2 Физические процессы в наноструктурах и приборах на их основе Сурис Р.Ф., доктор физ.-мат. наук, чл-корр РАН. число постоянных участников - 15. ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, нов. корп., комн. 602. 15 занятий. 15.8.1. Международная зимняя школа ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН по физике полупроводников Зеленогорск, пансионат "Ленинградец" 28 февраля - 5 марта 1997 г. Маслов А.Ю., Роткин В.В., Сурис Р.А. - члены Оргкомитета 15.8.2. 1-ая городская студенческая научная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой наноэлектронике Санкт - Петербург, Дом Ученых в Лесном 28 ноября 1997 г. Ипатова И.П. - член Оргкомитета Cурис Р.А. -член Программного Комитета 15.8.3. International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology" Санкт - Петербург, Репино 23 - 27 июня 1997 г. Сурис Р.А. - председатель Программного Комитета Асрян Л.В. - секретарь Программного Комитета, член Оргкомитета 15.8.4. 4th International Semiconductor Device Research Symposium Шарлоттесвилль, США 10 - 13 декабря 1997 г. Сурис Р.А. - сопредседатель Программного Комитета 15.8.5. III Всероссийская конференция по физике полупроводников Москва, ФИАН, 1 - 5 декабря 1997 г. Сурис Р.А. - член Программного Комитета 15.9.1. III Всероссийская конференция по физике полупроводников Москва, ФИАН, 1 - 5 декабря 1997 г. Россия 13 участников 9 докладов 2 приглашенных доклада 15.9.2. International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", Санкт - Петербург, 23 - 27 июня 1997 г. Международная 8 участников 10 докладов 15.9.3. "Проблемы теории конденсированного состояния вещества", посвященная 80-летию со дня рождения И.М.Лифшица, 31 мая - 4 июня, Москва, МГУ Международная 2 участника 1 доклад 15.9.4. 1997 Spring Meeting of Materials Research Society, 31 марта - 4 апреля 1997 г., Сан Франциско, США Международная 2 участника 2 доклада 15.9.5. 4th International Semiconductor Device Research Symposium 10 - 13 декабря 1997 г., Шарлоттесвилль, США Международная 2 участника 3 доклада 1 приглашенный доклад 15.9.6. IEEE LEOS 10th Annual Meeting, San Francisco, CA, USA November 10-13, 1997. Международная 1 участник 1 доклад 15.9.7. Workshop: "Epitaxial Semiconductor Surfaces and Interfaces" 15 - 18 декабря 1997 г., Марбург, Германия Международная 1 участник 1 доклад 1 приглашенный доклад 15.9.8. 5th International Meeting on "Optics of Excitons in Confined Systems" Геттинген, Германия, 11 - 14 августа 1997 г. Международная 1 участник 1 доклад 15.9.9. "Optics of Excitons in Condensed Matter" Санкт-Петербург, 14 - 18 сентября 1997 г. Международная 3 участника 2 доклада 15.9.10. "Новые идеи в физике стекла" Москва, РХТУ им. Д.И.Менделеева, 10 октября 1997 г. Россия 1 участник 1 доклад 1 приглашенный доклад 15.9.11. SPIE-97 - The International Society for Optical Engineering Международная 5 докладов 15.9.12. Международная зимняя школа ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН по физике полупроводников Зеленогорск, пансионат "Ленинградец" 28 февраля - 5 марта 1997 г. Международная 7 участников 2 доклада 15.9.13. Workshop on Semiconductor Infrared Detectors and Emitters Оттава, Канада, 23-25 июля 1997 г. Международная 1 участник 1 приглашенный доклад 15.9.14."Радиационные эффекты в материалах" Совместный Российско-Французский семинар Нормандия - Париж, Франция, 4 - 17 октября Международная 1 участник 1 приглашенный доклад 15.9.15. 5th International conference "Materials and mechanisms of superconductivity high temperature superconductors" Пекин, Китай, 28 февраля - 4 марта 1997г. Международная 3 участника 1 доклад 1 приглашенный доклад 15.9.16. Петербургские чтения по проблемам прочности. Санкт-Петербург, 11 - 13 марта 1997г. СНГ 3 участника 1 доклад 1 приглашенный доклад 15.9.17. 2nd International oral seminar "Radiation damage physics of metals and alloys". Снежинск, Россия, 23 февраля - 1 марта 1997г. Международная 4 участника 4 доклада 2 приглашенных доклада 15.9.18. International workshop on new approachs to high-tec materials - 97. Санкт-Петербург, Россия, 9 - 12 июня 1997г. Международная 4 участника 3 доклада 2 приглашенных доклада 15.9.19. International conference on SiC trinitrids and related materials. Международная Стокгольм, Швеция, 31 августа - 5 сентября. 3 участника 1 доклад 15.9.20. 13th International conference on ion - surface interactions. Международная Звенигород, Россия, 1 -9 сентября. 3 участника 2 доклада 1 приглашенный доклад 15.9.21. 10th International school on vacuum electron and ion technologies. Варна, Болгария, 22 - 27 сентября. Международная 3 участника 1 доклад 15.9.22. Международная конференция "Радиационные материалы для ТЯР - 8" 1 участник 1 доклад 15.9.23. 14th Int. Conf. on 1/f noise and fluctuations in Physical Systems, Leuven, Belgium, July 1997. Международная 2 участника 3 доклада 15.9.24. Trilateral Germ-Russ-Ukr. Seminar on HTSC, N.Novgorod. Международная 1 участник 3 доклада 15.9.25 International conference on soft X-ray in 21th century, UTA,USA, 1 of January, 1997. Международная 1 участник 1 доклад 15.9.26 International workshop on Fullerens & Atomic Clusters-97, 1997. Международная 1 участник 1 доклад 15.9.27 MRS Spring meeting, San-Francisco, 1997. Международная 1 участник 1 доклад 15.9.28 192nd Meeting of Electrochemical Society, Monreal, Canada, may 1997. Международная 1 участник 1 доклад 15.9.29 193d Meeting of Electrochemical Society, Paris, French, sept. 1997. Международная 1 участник 2 доклада 15.9.30 Russian-Germany workshop on Sinhrotron Radiation Research in Atomic Molecular & Material Science, Sanct-Peterburg, July 1997. Международная 1 участник 1 доклад 15.9.31 48-е традиционные чтения памяти Попова, СПбГТУ, 1997. Российская 1 участник 1 доклад 15.10. Зарубежные командировки: 1. Участие в Международной конференции ``1997 Spring Meeting of Materials Research Society'' Сан Франциско, США, 5 дней, финансировалась из гранта РФФИ No 96-02-17943. Щукин В.А. 2. Выполнение совместной работы, Ирвайн, США, 21 день, за счет принимающей стороны, Щукин В.А. 3. Выполнение совместной работы, Германия, Берлин, 2 месяца, за счет принимающей стороны. Щукин В.А. 4. Участие в Международной конференции "Optics of Exciton in Confined Systems", Геттинген, Германия, 6 дней, финансировалась из программы Миннауки РФ "Поверхностные атомные структуры", грант No 95-2.23. Маслов А.Ю. 5. Выполнение совместной работы, Германия, Берлин, 7 дней, за счет принимающей стороны. Ипатова И.П. 6. Выполнение совместной работы, Милан, Италия, 9 дней, за счет принимающей стороны. Ипатова И.П. 7. Участие в Международной конференции ``International Semiconductor Device Research Symposium'', Шарлоттсвилль, США, 5 дней, финансировалась из программы Миннауки РФ "Поверхностные атомные структуры", грант No 95-2.23. Щукин В.А. 8. Участие в Международном Совещании ``Epitaxial Semiconductor Surfaces and Interfaces'', Марбург, Германия, 5 дней, финансировалась за счет принимающей стороны Щукин В.А. 9. Участие в Международной конференции SPIE, Сан-Хосе, США, 7 дней. Финансировалась частично из средств данного проекта, частично оргкомитетом конференции. Зегря Г.Г. 10. Участие в Международной конференции ``International Semiconductor Device Research Symposium'', Шарлоттсвилль, США, 8 дней. Финансировалась оргкомитетом конференции. Сурис Р.А. 11. Участие в заседании редколлегии журнала ``Semiconductors Science Technology'', Лондон, Великобритания, 4 дня. Финансировалась издательством IOP publishing Сурис Р.А. 12. Участие в Международной конференции ``Радиационные эффекты в материалах''. Совместный Российско-Французский семинар. Нормандия - Париж, Франция, 12 дней. Финансировалась из гранта РФФИ по поддержке участия российских ученых в международных научных мероприях за рубежом. Трушин Ю.В. 13. Участие в конференции MRS. Бостон, США, 14 дней. Финансировалась из гранта РФФИ по поддержке участия российских ученых в международных научных мероприях за рубежом. Андреев А.Д. 14. Выполнение совместной работы, Руссендорф, Германия, 21 день. Финансировалась проектом X222.43 "Структурные эффекты в углеродных слоях". Трушин Ю.В. 15. Выполнение совместной работы, Технический университет Ульменау, Исследовательский центр Руссендорф, Германия, 21 день. Финансировалась проектом PE624/1-1 "Ионная модификация кристаллических структур мультистабильных материалов на примере SiC". Трушин Ю.В. 16. Выполнение совместной работы, Руссендорф, Германия, 3 месяца. Финансировалась Техническим Университетом Дрездена Харламов В.С. 17. Выполнение совместной работы, Руссендорф, Германия, 6 недель. Финансировалась из гранта международного комитета Саксонской земли. Харламов В.С. 18. Выполнение совместной работы, Руссендорф, Германия, 4 недели. Финансировалась из гранта международного комитета Саксонской земли. Куликов Д.В. 19. Участие в Международной конференции 14th Int. Conf. on 1/f noise and fluctuations in Physical Systems Левен, Бельгия, 1 неделя. Финансировалась из гранта РФФИ по поддержке участия российских ученых в международных научных мероприях за рубежом и оргкомитетом. Шанцев Д.В. 20. Участие в Международной конференции International conference on soft X-ray in 21th century, UTA,USA, January 1997, 1 неделя. Финансировалась из гранта N 94014, программы "Фуллерены и атомные кластеры" Мин. Науки. 21. Участие в Международной конференции MRS Spring meeting,San-Francisco, Финансировалась из гранта РФФИ по поддержке участия российских ученых в международных научных мероприях за рубежом. Контракты: 1. Новые устройства на основе широкозонных полупроводников. University of Virginia, США, 14.09.1997 - 01.10.1998, руководитель - профессор M. Shur, участник - А.Д. Быховский. 2. Теория корреляционных эффектов при рассеянии света в неоднородных средах. Western Michigan University, США, декабрь 1994 - июль 1998 гг., грант No DMR-92-13793, руководитель - профессор A. McGurn, участник - В.Г. Малышкин Гранты членов коллектива: 1. РФФИ - Германия, No 96-02-00168G; Ипатова И.П. - Р Малышкин В.Г. - И Щукин В.А. - И 2. Программа Миннауки РФ "Поверхностные атомные структуры", грант No 95-2.23 Ипатова И.П. - Р Маслов А.Ю. - И Малышкин В.Г. - И Прошина О.В. - И Удод Л.В. - И Чикалова-Лузина О.П. - И Щукин В.А. - И 3. РФФИ No 96-02-17943 Щукин В.А. - Р Ипатова И.П. - И Малышкин В.Г. - И Маслов А.Ю. - И Стародубцев А.Н. - И Чикалова-Лузина О.П. - И 4. ИНТАС No 93-3476-ext Ипатова И.П. - Р Маслов А.Ю. - И Удод Л.В. - И 5. РФФИ No 96-02-17952 Сурис Р.А. - Р Андреев А.Д. - И Асрян Л.В. - И Зегря Г.Г. - И Роткин В.В. - И Трушин Ю.В. - И Фомин Н.В. - И 6. Программа Миннауки РФ "Физика твердотельных наноструктур", грант No.97-1035 Сурис Р.А. - И Андреев А.Д. - И Асрян Л.В. - И Зегря Г.Г. - И Роткин В.В. - И 7. Программа Миннауки РФ "Физика твердотельных наноструктур", грант No.97-2014 Сурис Р.А. - И 8. Программа Миннауки РФ "Физика твердотельных наноструктур", грант No.97-0003 Зегря Г.Г. - Р 9. ИНТАС 94-1172, Сурис Р.А. - Р Андреев А.Д. - И Зегря Г.Г. - И Роткин В.В. - И 10. Программа "Фуллерены и атомные кластеры", грант N 94014 Сурис Р.А. - Р Роткин В.В - И 11. МНТП "Сверхпроводимость" 94048, Сурис Р.А. - Р Бобыль А.В. - И Куликов Д.В. - И Трушин Ю.В. - И Фомин Н.В. - И Шанцев Д.В. - И 12. РФФИ 96-02-18563, Сурис Р.А. - И 13. РФФИ 96-02-17841а Зегря Г.Г. - И 14. РФФИ 96-02-17926, Роткин В.В. - И 15. РФФИ 97-02-18090, Трушин Ю.В. - Р Куликов Д.В. - И Харламов В.С. - И 16. РФФИ 97-02-18110, Трушин Ю.В. - И Куликов Д.В. - И 15.11. 15.12. 15.13.1. http://wwwphtf.stu.neva.ru/phtf/sol/ssp.htm Руководители проекта / Сурис Р.А. / / Ипатова И.П. /